全 文 ：第 28 卷 第 5 期 作　物　学　报 V ol. 28, N o. 5
2002 年 9 月　 591～ 594 页 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA pp. 591～ 594　 Sep t. , 2002
水稻胚乳细胞发育中的蛋白体的形成Ξ
韦存虚　蓝盛银3 　徐珍秀
(华中农业大学生命科学技术学院, 湖北武汉 430070)
摘　要　用透射电子显微镜观察了水稻胚乳细胞发育中蛋白体的形成。花后 5 天, 胚乳细胞粗面内质网 (R ER ) 数量迅
速扩增, 蛋白体开始形成。蛋白质在R ER 上合成后, 分别以不同的方式积累在R ER 和液泡中, 形成蛋白体É 和蛋白
体Ê。R ER 槽库膨大积累蛋白质和形成环状R ER 积累蛋白质是形成蛋白体É 的主要方式; 在内表面积累有蛋白质的
大液泡出芽和小液泡积累蛋白质是形成蛋白体Ê 的主要方式。蛋白体形成后期, 片段化的R ER 形成环状R ER , 转化
为小泡和小蛋白体。在蛋白质积累过程中, 蛋白体周围有大量R ER 分布。R ER 产生的小泡在蛋白质从合成部位向积
累部位运输中起着重要的作用。本文对R ER 在蛋白体形成中的作用等问题进行了讨论。
关键词　水稻; 胚乳细胞; 蛋白体; 粗面内质网
中图分类号: Q 942　　　文献标识码: A
Forma tion of Prote in Bodies in the D evelop ing Endosperm Cells of R ice
W E I Cun2Xu　LAN Sheng2Yin　XU Zhen2X iu
(College of L if e S cience and T echnology , H uazhong A g ricultural U niversity , W uhan 430070, China)
Abstract　T he fo rm ation of p ro tein bodies has been exam ined in the develop ing endosperm cells of rice under
the transm ission electron m icroscope. R ap id p ro liferation of the rough endop lasm ic reticulum (R ER ) in
endosperm cell and the p ro tein bodies w ere in itiated 5 days after flow ering (DA F ). T here w ere two k inds of
p ro tein bodies PB É and PB Ê in endosperm cells, their p ro tein s w ere all syn thesized in R ER , but they w ere
fo rm ed differen tly. PB I occurred by two patterns of sto rage p ro tein accum ulation in the cisternae of R ER and
the circular R ER. Two patterns of fo rm ation of PB Ê w ere no ticed. In one of them , the sto rage p ro tein s
deposited on to som e regions of the inner surfaces of the big vacuo les and new p ro tein bodies w ere fo rm ed by a
budding2off p rocess of the vacuo le. In the o ther pattern, sto rage p ro tein s accum ulated in sm all vacuo les. A t
later stages of p ro tein body developm en t, the fragm en ts of R ER form ed circular R ER , then turned in to vesicles
and sm all PB s. A bundan t R ER w as p resen t around the PB s during p ro tein deposition. R ER derived vesicles
w ere invo lved in the transpo rt of p ro tein from the site of syn thesis(R ER ) to the site of accum ulation. T he ro les
fo r the R ER in the fo rm ation of p ro tein bodies are discussed.
Key words　R ice; Endosperm cell; P ro tein bodies; R ER
　　谷类作物中, 蛋白体的形成已有不少研究报
道[ 1～ 5 ], 普遍认为蛋白体有两种类型: 蛋白体É
(PBÉ ) 和蛋白体Ê (PB Ê ) , 它们中的蛋白质都是
在粗面内质网 (R ER ) 上合成, 分别积累在粗面内质
网腔和液泡中。对 PB É 和 PB Ê 的具体形成途径报 道的还不多, 尤其是对蛋白质如何从 R ER 转移到蛋白体中, 争论最多。我们在研究水稻胚乳发育中发现, 蛋白体的形成有多种方式, R ER 在蛋白质的合成、运输和积累中占有重要地位, 现将我们的观察结果报告并讨论如下。Ξ 基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (30070363) ; 高等学校博士学科点专项科研基金资助项目 (2000050401)。
作者简介: 韦存虚, 男, 1973 年 10 月出生, 博士研究生, 研究方向为植物细胞的结构与功能; 蓝盛银, 男, 1939 年 4 月出生, 细胞生
物学博士生导师, 专长为生物显微术, 研究方向为细胞的结构与功能。　　　3 通讯作者。
Received on (收稿日期) : 2001206218, A ccep ted on (接受日期) : 2002203203

1　材料与方法
实验材料为水稻 (O ry za sativa L. ) 品种“胜泰 1
号”, 种植于华中农业大学校网室。开花期为 7 月底
至 8 月初 (武汉高温期, 日平均气温在 35℃以上) ,
采取挂牌和点颖相结合的方法来正确标记开花时
间。花后 3～ 15 天每天取样一次, 将颖果子房壁剥
去, 立即投入 0. 1 molöL 磷酸缓冲液 (pH 7. 2) 配制
的 2. 5% 戊二醛固定液中, 0～ 4℃冷室中固定不超
过 2 天, 用相同的缓冲液洗涤 5 次, 再以 1% 四氧
化锇 (缓冲液同前) 在 0～ 4℃冷室中固定 2. 5 小时。
四氧化锇固定后, 用上述缓冲液洗涤 3 次, 丙酮逐
级脱水, 环氧丙烷代换, Epon812 环氧树脂包埋。
在超薄切片机 (L KB2088)上切片, 切片厚 400～ 600∼ , 切片经醋酸双氧铀和柠檬酸铅染色, JEM 2
100CXÊ 型透射电子显微镜观察与拍照。
2　实验结果
水稻胚乳细胞在生长分化期分化为糊粉层、亚
糊粉层和淀粉胚乳细胞层。花后第 5 天, 水稻胚乳
细胞的蛋白体开始形成。胚乳细胞中的蛋白体主要
位于亚糊粉层 (图版É , 1) , 其次是淀粉胚乳细胞
层 (图版É , 2) , 分布在细胞质中, 处在淀粉体或淀
粉粒之间的缝隙中 (图版É , 1、2)。在蛋白体形成
初期, 胚乳细胞中的 R ER 大量扩增 (图版É , 1)。
根据蛋白体的形成途径不同, 蛋白体有两种类型:
蛋白体É (PB I) (图版É , 125; 图版Ê , 8、9、12)和
蛋白体Ê (PB Ê ) (图版É , 1、2; 图版Ë , 14、16、
21)。
PB I由R ER 发育而成, 一般色泽浅, 多数呈球
形, 表面附着有核糖体或多聚核糖体。R ER 形成
PB I有两种不同方式: 第一种方式是蛋白质在R ER
槽库中积累。在亚糊粉层细胞中, 粗面内质网槽库
出现不同程度的球状膨大, 并积累蛋白质 (图版É ,
3) , 这类蛋白体, 有些剖面呈现同心圆样的年轮状
结构 (图版É , 4) , 可能是包裹它的R ER 向内分泌
本身合成的蛋白质并从内向外积累而形成的; 有些
剖面的年轮状结构不清楚, 但蛋白质主要积累在蛋
白体的中间 (图版É , 5)。而在淀粉胚乳细胞中, 观
察到有些 R ER 槽库中间膨大, 在不同部位还与
R ER 相连 (图版Ê , 6 如空箭所示) ; 有些 R ER 末
端膨大 (图版Ê , 7 如空箭所示) , 最后与膨大相连
的 R ER 一端融解, 与 R ER 分离, 形成蛋白体É
(图版Ê , 8 如箭所示)。这种蛋白体为单层膜, 外
膜上附着有核糖体, 可能还有 R ER 的功能。随着
蛋白质积累的增加, 靠近外膜的R ER 逐渐泡状化,
这些小泡与蛋白体的膜融合 (图版Ê , 9 如箭所
示)。第二种方式是环状粗面内质网 (cR ER ) 发育成
蛋白体É , 主要在淀粉胚乳细胞中出现。开始
cR ER 内外膜上都附着有核糖体, 蛋白质以絮状、
均匀分布在 cR ER 里面 (图版Ê , 10 如空箭所示) ,
尔后, 内膜逐渐消失 (图版Ê , 11 如空箭所示) , 最
后形成单膜的 PB I, 蛋白质积累增多 (图版Ê , 12)。
PB Ê 由液泡发育而来, 形状有圆形 (图版Ê ,
8)、椭圆形 (图版Ë , 21) 和不规则形 (图版Ë , 16、
21) , 呈黑色, 表面光滑。蛋白质在粗面内质网上合
成后, 以多种方式在液泡内积累。在亚糊粉层细胞
中, 有许多小液泡, 有些蛋白质积累在小液泡中
间, 但不是均匀积累, 一般先有蛋白质积累成小团
块状的蛋白质晶核, 然后在蛋白质晶核周围积累蛋
白质 (图版Ê , 13 如箭所示) , 随着蛋白质积累的增
多, 液泡逐渐转变成蛋白体Ê , 并呈现圆形或椭圆
形 (图版Ë , 14)。有些蛋白质积累在小液泡内表面
的不同部位 (图版Ë , 15) , 随着蛋白质积累的增
加, 这些蛋白质逐渐合并, 使之形成不规则形的蛋
白体Ê (图版Ë , 16)。淀粉胚乳细胞发育早期, 在
蛋白体开始形成时, 细胞内有大液泡存在, 有些蛋
白质积累在大液泡膜的部分内表面 (图版Ë , 17) ,
随着蛋白质积累的增多, 附着蛋白质的液泡膜以出
芽方式形成新的蛋白体 (图版Ê , 11 如箭所示) , 分
布在淀粉粒之间。
花后 9 天的胚乳细胞充满淀粉体, 液泡消失,
R ER 也大大减少, 只在细胞壁附近和淀粉体之间
有很小的空隙, R ER 位于其中。这时期的 R ER 大
量片段化, 有些小片段的 R ER 逐渐环化, 形成小
环状 R ER (scR ER ) , 把细胞基质包围在中间 (图版Ë , 20 如箭所示) , 这些 scR ER 有的形成小泡 (图
版Ë , 21 如箭所示) ; 有的形成小蛋白体 (图版Ë ,
21 如空箭所示)。有些小片段的R ER 槽库肿大 (图
版Ë , 20 如空箭所示)。
R ER 是蛋白质合成的部位, 因此, 蛋白体形成
初期, R ER 大量的扩增 (图版É , 1)。PB I的膜上附
着有核糖体; 同时, 在 PB I 的周围有许多 R ER 分
布 (图版É , 4、5; 图版Ê , 8211; 图版Ë , 18) , 这
些 R ER 有些环绕在蛋白体É 周围, 并且出现节状
膨大 (图版Ë , 18) ; 有些末端发生节状片段化, 并
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膨大形成小泡 (图版Ë , 18 如箭所示) ; 有些 R ER
在中部出泡, 并脱离 R ER , 形成小泡 (图版Ë , 18
如空箭所示) ; 有些末端泡状化, 形成小泡 (图版Ê , 8、9) , 这些R ER 产生的小泡密布在 PB I旁边,
逐渐与 PB I 融合 (图版Ê , 8、9; 图版Ë , 18、19)。
在 PBÊ 的周围也有大量R ER , 这些R ER 产生大量
小泡也分布在蛋白体Ê 周围 (图版Ê , 13; 图版Ê ,
8)。观察了大量的切片, 在蛋白体É 和蛋白体Ê 周
围很难发现有高尔基体分布。
总之, R ER 在水稻胚乳细胞蛋白体的形成过
程中起着重要的作用。在蛋白体形成初期, R ER 大
量的扩增; 在蛋白体形成高峰期, R ER 以多种方式
形成蛋白体É , 同时大量的 R ER 分布在蛋白体周
围, 由R ER 产生的小泡靠近蛋白体。因此, 我们认
为 R ER 不但是蛋白质的合成部位, 而且还可以转
变为贮藏部位, 同时在蛋白质从 R ER 向蛋白体运
输过程中起一定的作用。
3　讨论
在谷类作物胚乳细胞中, 人们把 PB 大致分为
两种类型[ 1～ 5 ], PB É 和 PB Ê , PB É 由R ER 发育而
来, 色泽浅, 多数呈球形, 直径为 1～ 2. 5 Λm , 剖面
有时有象同心圆样的年轮状结构, 表面附着有核糖
体; PB Ê 由液泡发育而成, 多数呈不规则的椭圆
形, 体积大, 被锇酸固定后, 电镜下呈黑色。但对
PB 的具体形成方式报道的不多。在我们的工作中
也看到了这两种蛋白体, 此外, 我们还看到了 PBÉ
和 PB Ê 分别有多种不同的形成方式。R ER 槽库膨
大是 R ER 发育成 PB É 的常见方式[ 4 ]; 而 R ER 弯
曲形成环状粗面内质网, 进而逐渐均匀积累絮状蛋
白质形成 PB É 目前还未见报道。对于蛋白质在液
泡内以多种方式积累形成 PB Ê 在豆科植物子叶细
胞中报道的比较多[ 6 ] , 水稻胚乳细胞中蛋白质逐渐
积累在大液泡膜的部分内表面, 这部分膜以出芽方
式形成蛋白体, 这种积累方式与郑易之[ 6 ]等对大豆
子叶细胞中蛋白质在液泡中的积累描述是一致的;
而小液泡积累蛋白质发育成 PB Ê 是一种常见的积
累方式[ 4, 7～ 9 ]。
R ER 是蛋白质的合成部位, 在蛋白体形成初
期, R ER 大量的扩增。R ER 发育成 PB É , PB É 表
面附着有核糖体, 可直接合成和贮存蛋白, 但由这
种方式贮藏的蛋白质毕竟是有限的, 大量的蛋白质
还必须从 R ER 转运到蛋白体É 中[ 4 ]。而对 PB Ê ,
蛋白质的合成与贮藏部位是分离的, 贮藏蛋白如何
从合成部位 (粗面内质网上的多聚核糖体)输送到贮
藏部位 (蛋白体) 存在很多争议。Chen 等 (1974) [ 10 ]
在研究大麦糊粉层细胞的蛋白质释放时, 曾提出分
泌的可溶性模式来解释蛋白质从 R ER 转移到蛋白
体中, 他认为蛋白质在 R ER 合成后, 分泌到胞质
中, 通过胞质运输到贮藏部位。这种解释很快被否
认, 目前较流行的观点是小泡的运输。Bech tel 等
(1982) [ 8 ]和 Parker 等 (1982) [ 11 ]分别报告了小麦胚
乳细胞蛋白体的形成中, 高尔基体参与了蛋白质从
R ER 向液泡中的转运, 他们的证据是在蛋白体形
成期间, 在 R ER 与液泡之间有高尔基体存在, 并
且高尔基体分泌电子致密小泡, 而 R ER 并未参与
蛋白质的运输。B riarty 等 (1979) [ 12 ]认为高尔基体
并未参与蛋白体形成时蛋白质的运输, 因为在这个
时期, 没有观察到有高尔基体的存在。Yam agata 等
(1986) [ 4 ]运用超微结构观察和生化分析等手段研究
了水稻贮藏蛋白的合成与积累, 认为 R ER 参与了
蛋白质的合成与运输, 同时, 也认为高尔基体在蛋
白质的运输上也起一定的作用。我们在水稻胚乳细
胞中看到, R ER 的槽库膨大或环状粗面内质网均
可发育成 PBÉ , 同时还发现在 PBÉ 和 PBÊ 的附近
有大量的 R ER 分布, 这些 R ER 有些末端泡状化,
产生大量的小泡, 有些节状片段化, 进而形成小
泡, 有些中间出泡, 这些小泡靠近蛋白体, 有些紧
密围绕正在积累蛋白质的蛋白体, 有些正在与蛋白
体融合, 这些R ER 产生的小泡可能作为运输小泡,
把R ER 合成的蛋白质从R ER 运输到蛋白体中。在
蛋白质积累过程中, 我们在蛋白体的附近没有看到
高尔基体。在蛋白体形成后期, R ER 大量片段化,
小片段 R ER 形成环状 R ER , 进而形成小泡和小蛋
白体。因此, 根据前人的工作和我们的结果, 我们
认为R ER 在水稻胚乳细胞蛋白体的形成过程中起
着重要的作用, 它不但合成蛋白质, 而且还可转变
成蛋白体。R ER 产生的小泡作为蛋白质运输的载
体, 既经济又快速。
References
[ 1 ]　H iffins T J V. Synthesis and regulation of m ajor p ro tein in
seeds. A nn R ev P lant P hy siol, 1984, 35: 191～ 221
[ 2 ]　A deli K, A lcosaar I. Role of endop lasm ic reticulum in
biosynthesis of oat globulin p recursors. P lant P hy siol, 1983,
73: 949～ 955
3955 期　　　　　　　　　　　韦存虚等: 水稻胚乳细胞发育中的蛋白体的形成